PLC在自动剪板机的工作

PLC 在自动剪板机的应用

摘要：自动切割机(亦称剪板机) 在金属板材加工系统中有着不可或缺的地位，板料的长度检测、进料方式、走动位置以及其它调控等等，这些工艺流程要按照特定的、合理的节奏保证高精度作业，且形态各异、材料有别的板材对动作流程、作业先后、预定位置等均有不同需求，传统的控制柜等对此较难达到要求。针对于此，笔者在联系设备的相关性能因素、价格因素、显示因素、外观因素以及灵活度等因素之后，中和其优点，综合设计出了使用一种全自动剪板机的控制系统。在本文中，笔者对其方案设计、控制原理、设计方法的理论依据均做了详尽说明，并且绘制出了相关程序图、梯形图以及PLC 的电路控制图，全方位地解决了生产活动PLC 在自动剪板机中应用问题。

关键词：全自动剪板机；梯形图；可编程控制器PLC

第一章 PLC 简述与电气控制

在以往的控制器中，其主要通过继电器-接触器这种方式进行控制。此种控制方法不仅系统内部复杂，而且接线与端口繁多，直接导致了系统的可靠性难以保持在较高水平，同时也使得机器的工作效率有所降低。因此，本文叙述的可编程控硬件制器对改进传统控制方法、改善设备稳定性、提高设备工作效率有着极大的现实意义。其将计算机编程技术、自动化技术以及通讯技术三者有机结合，成为一种自动的程控设备。此种控制器包含了开关量信号的控制逻辑、与其它相关设备智能通讯技术，具有很大的技术含量。综上，PLC 应用于此中控制，必然能实现操作简、作业精、运行好、工艺高的生产预期。

众所周知，自动化的技术领域中，PLC(Programmable Logic Controller) 作为通用的逻辑控制器，是一种自动化的核心设备。据笔者统计，全球有两百家以上的厂

家生产此种设备，并产生了三百余个品种的产品，在交通（23%）、粮油业（16.4%）、生化制药（14.6%）、采矿（11.5%）、工业造纸（11.3%）等行业均有应用。下面，笔者对其发展历史、基本框架、应用现状等进行基本的简介。

1.1 PLC 的发展历程

数量庞大的开关量控制，对于工业生产而言具有十分重要的作用，当其按照设置好的程序逻辑开始运作时，将能充分发挥其自我保护作用以及数据的搜集、传输、保持作用。在以往，上述效果的实现主要依赖于气动技术与电气控制技术。1968年开始，通用汽车公司通过技术革新，提出了取代继电器控制的先进设想；翌年，美国数字公司就开发出了通过集成电路的数控装置，告别了以往的纯电气控制。这种装置系首次在电控中使用数字化、程序化的控制手段，在此基础上诞生了世界上第一代可编程控制器（英文简称PC ）。

在个人电脑（亦称PC ）普及开来之后，人们为了对其有所区别，反映上述的控制器的效能，因而将其重新命名为Programmable Logic Controller ，简称PLC ，不过有时候仍然将PLC 称PC 。

PLC 具备许多优点，如通用性强、便捷性高、应用方向多、稳定度好、能抗干扰等，因而其在自动化技术领域中显得特别重要，笔者断言，在将来相当长的一段时间内，PLC 的地位无可动摇。

1.2 PLC的构成

根据结构来划分，PLC 主要由以下两种：①固定式；②模块式。在这之中，固定式的PLC 应当具有CPU 版、开关装置、显示器、存储器以及电源等等，诸多构件相互作用、组合成了一个可以实现自动化控制程序的整体。模块式的PLC 与固定式的主要区别是其具备重组和改装的可能，并多了背板以及机架。

1.2.1 CPU 的构成

CPU 之于PLC ，无异于中枢神经之于大脑。如同每个大脑都有中枢神经一样，每套PLC 也拥有至少一个的CPU 。CPU 在PLC 中发挥的作用为按PLC 给定的程序和功能对使用者的程序、数据等进行收集、接受、储存，并利用一定方式记录相关装置的状态、数据等，并对此进行数据保存。此外，CPU 还可以根据编写的程序对电源、电路等的工作状态进行语法勘验，发现并控制其舛错。当其开始运行后，使用者的存储器数据源将被逐次读取，经过分析后方可产生对应信息并调控

相关电路。

CPU 一般包含运算器、存储器、控制器这三大基本元素，这三者依靠相互关联的总线进行数据传递、信息共享。一个CPU 单元往往还有外围芯片、相关接口和电路等，而内存的作用则为记录并保存相关数据，不啻为PLC 中的核心部件。

存储器一般是用于保存系统和用户程序、相关工作数据等。而PLC 常用的存储类型较多，分别为RAM 、ROM 、 EPROM、 EEPROM。

图2 PLC的工作原理

:PLC 的工作方式通常是进行全方位的循环扫描，在其中，使用者的程序将会依照特定的规律先后存放，读取也按照其存放顺序进行，从首条指令开始、结束符出现而又终止至首条指令，不断循环，其扫描的过程如图2：

1.2.2 I/O模块

PLC 和电路之间的接口是由输入/输出部分（I / O）来维持的。I/O模块集成了PLC 中 I/O电路，它的输入寄存器反映了输入信号的状态，而输出点反映了输出锁存的状态。输入模块将电信号转换为数字信号到PLC 系统，而输出模块与之相反。I/0分为开关量输入（DI 、DO ），模拟输入（AI 、AO ）等类型的模块。

1.2.2 电源模块

PLC 电源为PLC 模块的集成电路进行工作电源的提供。此外，其也为部分输入电路提供24V 电源。电源输入类型如下：交流电源（220VAC 或110VAC ），直流电源（24VDC ）。

1.2.3 底板或机架

通常情况下，模块式的PLC 往往广泛使用底板以及机架，以此来达到各个模块之间能相互实时联系的效果，并且能通过CPU 链接的所有模块。另一方面，各个模块之间的连接构成了一个活动的整体。

1.2.4 PLC 系统的其它设备

1). 编程设备：编程器是PLC 开发和正常运转的核心设备。作为一种必不可少的存在，编程器一般不会直接进入到现场控制的操作流程中，而是以PLC 作为制定的媒介，间接地对相关系统进行检测、调控，有时候，PLC 直接由计算机充当。

2). 人机界面：人机交互界面最为基础的是指示灯以及相关按钮，经过长足发展，液晶屏等人机交互界面已经被广泛应用，而计算机参与的人机互动也越来越多。

3). 输入输出设备：可永久性地存储用户数据，如EPROM 、EEPROM 写入器、条码阅读器等。

1.2.5 PLC 的通信联网

依赖于发达的工业网络技术，其能搜集、转换、传输相关生产数据，因而其

重要性越发凸显。甚至，“网络即为控制器”的论点也有所传播。

PLC 一般也具备讯通功能，PLC 之间、PLC 与上位设备之间、智能设备之间均能够高效地传送、交流相关信息，进而成为有机整体，对各个程序的把控进一步加强。PLC 大都有RS-232接口以及其他相关接口，但其通讯功能还不具备互相操作性。

图3 总体设计方案简图

笔者依据高精度剪裁板材的工作需求，联系自动化有关理论和实践经验，在本方案的设计中使用了PLC 用以控制全自动剪板机，其主体设想如图3：

第二章 自动剪板机工艺

剪板机应用于金属切割、板材切削的时候，出于对安全性的考量，要在注意其剪切效能的同时，也要考虑其材料、功率、产率等因素。

工作对象不一样，剪板机的分类也不一样。比如板材的长度、宽厚、类别等，均对剪板机的要求不同，因而剪板机工作方式也就不一样。一般而言，常见于电动龙门剪床的结构有：闸式、摆式，其中闸式也叫做摆滑块式。

闸式剪板机采用驱动系统控制运动刀片移动到一定位置，使动刀片在整个行程中几乎与固定刀片平行。为了保持刀架相互移动过程中横梁的正确位置，需要采用滑块导向系统。摆动剪切机的驱动系统作用之一也是用来控制运动刀片，使活动刀片连接到滚子轴承。该结构在剪切过程中不再需要使用凹形导杆或滑道来保持刀片的正确姿态。

剪切角（动刀片固定时定刀片的角度）是决定切口质量至关重要的因素。一般来说，剪切角越小，切口的质量就越好。如果剪板机后面的零件部分较短（小于4’(1.22m)），可能会有一些问题，如弯曲、扭转和拱起等。通常剪切角小的剪切机需要更多的动力。

剪板机依靠特定的标准件，可以增加生产率选购件进而提高合格产量。提高劳动生产率的办法，可以以多种方式达到：节省人力，提高物流效率，保持精度高标准、提升切口质量，避免二次操作，但最重要的，是要提高其安全性。

2.1 系统的控制要求

依照剪板机的使用特点, 笔者对控制系统要求如下:

1配电后，检测各工作机构的状态，并使得工作机构处于初始位置。

2进料、送料机构均由控制系统控制，可以自动送料到位。

3设置剪切的大小，使用伺服电机控制齿轮以确保剪切尺寸的准确位置，其固定值的大小可设置为循环地变化。

4压缩和剪切，板材的长度要达到合理值，主电机由压力给料机和刀具驱动，先压紧板材再切割。

5进料小车操作，包括卸载、自动返回。

6剪切片尺寸设定，自动计数和每个车辆号码设定材料。

7实现停电保护系统。

8可实现加工过程的自动控制、参数的显示、系统测试。

9确保钣金加工精度、加工效率和安全可靠性。

10优良的人机交互界面。

2.2 剪板机结构原理

如上文所述，自动剪板机能加工各式各样的板材，它的主要结构原理如图1：

图1 自动剪板机结构原理图

2.2.1 控制系统的结构

该系统有7个限位开关，用于监控和调整整个系统的工作状态，这其中，被剪板料是否运送到位由SQ1勘核，SQ2、SQ3分别勘核B 压块，检查压力板是否紧压已经到位的板材；而SQ4则检测A 的工作状态；SQ7表示为光电接近开关，检测板材是否切装车；SQ5检测料车是否到位；SQ6料车有无载重。用于送料的E 、B 块、剪切刀A 和料车，分别由四台电机驱动。当系统静止时，限位开关SQ2、SQ3和SQ4的压块和切刀将会断开，SQ7、SQ1亦然。

2.2.2 工作原理

当剪切机系统开始正常运行的时候，应在启动的时候输入关于板料材质、尺寸、数量等信息，随后才摁下代表运行的指定按钮。

1首先检查限位开关SQ6的状况，如果车是空的则系统开始工作；料车运行时限位开关SQ5关闭停靠平台。

2启动进给机构E ，驱动盘C 向右侧移动。当板材接触程控开关SQ1时，停止进料。

3按下电机启动的按钮之后，压块B 上的限位开关SQ2随之闭合。当压块到位，压块SQ3的下限位开关应当处于关闭状态。

4剪切电机启动，控制剪刀工作。此时，SQ4闭合，直到板切割完毕，板材装载进料车。

5当汽车上的板材足够时，汽车启动电机，驱动汽车右行驶，将板材切割到下一道工序。

6卸料后，料车再行离开，随后返回原位，进入下一个工作循环周期。L 作为板材的长度数值可根据需要进行调整，并预先设置各板材的数量。